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摘要：高压蒸汽汽轮机在试车过程中出现异常振动，为保证试车成功，对可能引起设备振动的原因进行了逐项排查，根据试车过程中发现的汽缸上抬现象确定了是汽轮机蒸汽管线产生的推力造成的振动。通过对抽汽管道进行应力分析，发现该管道作用于汽机的管口的力和力矩不符合美国全国电气制造商协会标准NEMASM23要求，说明该管道柔性不够。通过利用CaesarII对该管道进行分析，采取了调整管支架、改变管道走向等方式，确定了管道改造方案。后期对该管道进行了改造安装，解决了汽轮机的振动问题。
关键词：汽轮机；推力；振动；管道；柔性
1汽轮机组及抽汽管线简介
汽轮机为高压抽背式蒸汽透平，本机组与锅炉、发电机及其它附属设备配套运行，可同时满足供电和供热需要，特别适用于化肥等企业的自备电站，可以大大提高供热系统热经济性。额定抽汽压力为4．12MPa、温度为447℃经减温器送至4．0MPa蒸汽管网。
2抽汽管线的基础条件
为确定抽汽管道对汽机的推力，技术人员查阅《工业金属管道设计规范》(GB50316－2000)收集了抽气管道的基础参数:计算压力，5．07MPa;计算温度，447℃;管道外径，325mm;管道内径，299mm;管道壁厚，13mm;447℃，钢材线膨胀系数，13．72×10－6mm/(mm•℃);钢材在20℃的基本许用应力，137．892MPa;钢材在计算温度下的基本许用应力，100．900MPa;泊松比，0．29;弹性模量，1．738OE+0．05MPa。并根据对现场抽汽管路的实地测量绘制了详细的管道布置图和管支架布置图。先根据现场的管路布置进行柔性分析，找出问题症结再在这个基础上对管道进行调整优化。
3原因分析
3.1造成管路振动的原因是水击造成的，现在先了解一下水击相关知识
在一条管路中流动着一定压强的水，当管道中的阀门迅速关闭时，水受阻而流速突然变小，水的惯性使局部压强突然升高。这种突然升高的压强首先出现在阀门上游的层流体中，而后迅速地向上游传播，并在一定条件下反射回来，产生往复波动而引起管道振动。另一种是蒸汽遇到水或低温管道、部分热量被迅速吸收凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，引起周围介质高速冲击。水击现象发生时，会产生一个很大的压力跃升，使管壁材料及管道上的设备及附件承受很大的压力而可能产生严重的变形以致破坏。同时，高频交变压力作用在管壁上，加之强烈的振动和流体的冲击，使金属表面打击出许多麻点。所以水击不仅增加流体的流动阻力，而且也严重危及到管道系统及有关设备的安全运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从系统流程和运行规程看，抽汽供除氧器地投入是根据抽汽逆止门前后压差自动投入的，整个投运过程一般不会发生大幅扰动现象，在投入过程中须逆止门电磁阀达到开启条件释放弹簧强制。整个系统的暖管是靠自动疏水器根据蒸汽温度高低自动开关的。
3.2下面对可能造成管路振动的原因进行分析
3.2.1抽汽供除氧器抽汽气动逆止门卡涩引起
假设达到抽汽逆止门开启条件，气动逆止门卡涩，表现在设备状态和参数上是抽汽逆止门电磁阀开启（作用结果是抽汽逆止门强制关条件释放，抽汽逆止门可根据逆止门前后压差自行开启），逆止阀本身并不开启（因为阀门卡涩），同时逆止门前后压差增大（从曲线上看首次压差增大值在3.917kpa）当压差增大到可以克服逆止门卡涩阻力时，逆止门开启，由于压差较大，逆止门开度可能较大（从曲线上看，逆止门首次开启开度在13.521%，此时抽汽压力为0.1107Mpa），由于逆止门开度过大，蒸汽流量可能瞬间增大，导致压差减小，抽汽逆止门电磁阀关闭，抽汽逆止门关闭，抽汽逆止门的突然关闭，会使汽流突然受阻，产生水击现象，使管路产生振动，同时导致压差突增，使抽汽逆止门电磁阀再次打开，继续下一轮循环。从以上理论分析看，逆止门卡涩会导致产生水击现象，使管路产生振动。但经过查看相关曲线，我们还注意到一个现象，发生振动后，运行人员手动将抽汽逆止门电磁阀关闭后，振动消失，同时压差增大到10.314kpa（大于首次卡涩时压差3.917kpa）约17分钟后，手动开启电磁阀，逆止门开度突增至47.9%，后迅速回落至17.16%（此时抽汽压力0.128Mpa，稍大于首次卡涩后回落时抽汽压力0.1107Mpa，），压差突然减至3.608kpa，此种现象类似于抽汽逆止门卡涩，但管路并未发生振动。（从管路振动期间阀门频繁波动看，阀门存在卡涩的可能性也较小）。
3.2.2暖管不充分引起
由于抽汽供除氧器管路上所设疏水器为自动疏水器，从其结构上看，疏水量相对较小，在机组开始启动后到抽汽逆止门达到开启条件，管路未达到充分预暖，尤其两抽汽逆止门之间管路（形不成暖管回路）。这样当抽汽逆止门达到开启条件后，抽汽逆止门打开，蒸汽在通过逆止门后，遇低温蒸汽管路（若疏水不畅，还有可能会存有少量积水）迅速凝结，导致抽汽逆止门前压力也迅速减小，逆止门差压迅速减小（压差取值为气动逆止门前与摆式逆止门之后）逆止门电磁阀关闭，逆止门关闭，逆止门的迅速关闭突然阻止快速流动的蒸汽，使压差突增，逆止门电磁阀达到开启条件开启，逆止门在压差作用下再次开启。重复以上循环。在多次作用下，管路得到预暖，在逆止门电磁阀关闭15分钟后再次开启时（查看曲线，逆止门在此时间段有约2%左右开度），管路不再振动。
4防范措施
由以上原因分析，我们认为造成管路振动的原因可能是抽汽管路暖管不充分造成的。为避免类似事故再次发生，采取如下措施：（1）在启动初期将疏水器手动旁路门打开充分疏水暖管，当除氧器汽源切换为抽汽供汽后关闭。（2）对抽汽供除氧器管路支吊架彻底检查，对错位支架进行调整，补充安装遗漏安装了的减振限位装置；对原有不合理或者存在问题的减振限位装置进行改造；对存在缺陷的支吊架进行了调整或者重新安装；对存在缺陷的限位进行了调整。
5优化改造后的管路布置受力分析及运行效果
5.1优化改造后抽汽管口受力校核
根据汽轮机抽汽管口的受力结果，按照NEMASM23标准进行了计算。为了确保机组能够一次顺利开车成功，技术人员把抽汽管口的力返给了汽轮机机组制造商，由厂家对机组做综合校核，厂家反馈结果是综合校核通过。
5.3运行效果
根据计算结果出具了详细的管道施工图、特殊管架图、弹簧表及技术要求，同时要求该管道上所有滑动支架的摩擦面加垫耐高温聚四氟乙烯板以减小摩擦力。之后安排安装人员对抽汽管道依照图纸进行了改造，管道改造完毕后，技术人员对施工复合性进行了核查，核查无误后对汽轮机进行了试车。在开车的整个过程中，对汽轮机缸体膨胀值指示进行了监控，同时对汽轮机前后轴振进行了记录。
6结束语
对于汽轮机管道的施工、业主方和监理方应该重点关注，对材料以及弹簧的质量重点监控，对施工的符合性应做全面检查，保证施工和设计图纸完全符合。
参考文献：
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论文作者:董韶宜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/20
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